對(duì)《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》教學(xué)的改革探索

摘 要：《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建及其改革對(duì)于促進(jìn)電子信息工程專業(yè)的發(fā)展有重要意義。本文在對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)基本理論進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上，闡述了在教學(xué)實(shí)踐中，進(jìn)行改革的幾點(diǎn)主要措施與關(guān)鍵問題，望引起各方人員的關(guān)注及重視。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；實(shí)踐教學(xué)；ARMCortex—M3

中圖分類號(hào)：TP368.1-4

嵌入式系統(tǒng)的最主要目的是滿足生產(chǎn)過程中的部分特定用途。嵌入式系統(tǒng)的核心在于硬軟件設(shè)計(jì)協(xié)同性的體現(xiàn)。因此，在有關(guān)“嵌入式系統(tǒng)”的教學(xué)過程當(dāng)中，對(duì)學(xué)生所掌握的硬軟件知識(shí)均有著嚴(yán)格的要求。本文在對(duì)目前我國(guó)電子信息工程專業(yè)的教學(xué)模式進(jìn)行深入分析后，從“嵌入式系統(tǒng)”的內(nèi)涵、需求與體系上著手，對(duì)電子信息工程“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)踐教學(xué)課程內(nèi)容的相關(guān)信息進(jìn)行進(jìn)一步的整合，在ARMCortex—M3的基礎(chǔ)下，全面探討“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)踐教學(xué)體系的可行性。

1 “嵌入式系統(tǒng)\"教學(xué)的相關(guān)理論

1.1 “嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)的人才需求

就現(xiàn)階段電子行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r看，嵌入式的硬件工程師、系統(tǒng)工程師與應(yīng)用工程師三種工程師是電子市場(chǎng)所急需的。按照市場(chǎng)需求的相關(guān)因素來進(jìn)一步分析表明：對(duì)嵌入式硬件工程師主要技能要求偏向于在電路、驅(qū)動(dòng)程序和板級(jí)支持包；嵌入式應(yīng)用工程師考核重點(diǎn)是在嵌入式系統(tǒng)下，能對(duì)平臺(tái)軟件進(jìn)行可利用式的開發(fā)；而嵌入式系統(tǒng)工程師則要求工程師能在操作技能與移植技能上有所建樹并完成硬件平臺(tái)與軟件程序的高效對(duì)接。就一般電子信息工程專業(yè)來說，學(xué)生對(duì)信號(hào)與電子設(shè)備的掌控程度、對(duì)整體知識(shí)的運(yùn)用已屬于最高的要求。就專業(yè)的特性因素來說，三種類型的工程師有內(nèi)在相關(guān)度，都屬于嵌入式人才需求類型的方向。經(jīng)過對(duì)以往電力型人才的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在嵌入式中的硬件工程師與系統(tǒng)工程師更為契合，而嵌入式應(yīng)用工程師則更偏向于計(jì)算機(jī)科學(xué)體系。

1.2 “嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)改革的主要方向

首先，“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)改革需要兼顧理論，關(guān)注實(shí)踐：“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性特征，為了能夠針對(duì)不同的嵌入式應(yīng)用，做出不同的變化與創(chuàng)新，就需要學(xué)生掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)也需要以實(shí)踐為重點(diǎn)，突出教學(xué)過程的實(shí)驗(yàn)性。特別是針對(duì)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果并不能作為評(píng)價(jià)學(xué)生的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而需要對(duì)學(xué)生獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過程加以突出的關(guān)注，使學(xué)生能夠在反復(fù)進(jìn)行程序調(diào)試的過程當(dāng)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行合理的改進(jìn)與調(diào)整，逐步提高學(xué)生分析并解決問題的能力。

其次，“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)改革需要確保所選取實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的合理性。在“嵌入式系統(tǒng)”的教學(xué)過程當(dāng)中，良好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求體現(xiàn)其綜合性、以及創(chuàng)新性特征，將學(xué)生既有的知識(shí)點(diǎn)充分調(diào)動(dòng)起來，解決問題，將被動(dòng)的應(yīng)付學(xué)習(xí)狀態(tài)改變成為主動(dòng)思考，并積極應(yīng)對(duì)的學(xué)習(xí)狀態(tài)。同時(shí)，所選取的教學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目還應(yīng)當(dāng)具有一定的柔韌性，使學(xué)生能夠具備彈性化的思維空間，將學(xué)生個(gè)性充分激發(fā)出來，以達(dá)到提高學(xué)生思維活躍度、以及創(chuàng)新能力的目的。

2 Cortex-M3 “嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用\"教學(xué)實(shí)踐

2.1 通過對(duì)課程內(nèi)容的整合并從信息工程的發(fā)展實(shí)際出發(fā)，電子信息工程專業(yè)在經(jīng)過認(rèn)真思考后選取了以Codex-M3為教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)核、以STM32處理器為教學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的教學(xué)體系。其主要的教學(xué)實(shí)踐流程為：在學(xué)生充分了解cortex—M3的體系、掌握其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在最近研發(fā)的cortex-M3內(nèi)核處理器STM32的有效引導(dǎo)下，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的任務(wù)進(jìn)行合理調(diào)度，在ARM公司“嵌入式系統(tǒng)”的有效經(jīng)驗(yàn)下，完成51單片機(jī)的轉(zhuǎn)化。此實(shí)驗(yàn)的體系有四個(gè)組成部分，即： ARM codex—M3體系，STM32系列處理器、內(nèi)核處理器和嵌入式操作系統(tǒng)C/OS—lI。校方以精選的4本教材和特質(zhì)的參考書作為學(xué)生學(xué)習(xí)的模本并全方位擴(kuò)寬學(xué)生查閱資料的渠道。依據(jù)模塊的選擇教科書選用了以下知識(shí)模塊：《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)——基于ARM微處理器與～C/OS—II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》、《ARM Codex—M3權(quán)威指南》、《STM32系列ARM Coaex—M3微控制器原理與實(shí)踐》與《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》

2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇

通過對(duì)實(shí)施嵌人式實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面的規(guī)劃，并對(duì)此硬件載體深入了解后表明，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱模式中存在有限制性因素，STM32仿真學(xué)習(xí)套件STM3210B更符合試驗(yàn)的要求。該套件采用在核心與性能上都進(jìn)行了優(yōu)化并支持USB下載程序和供電，因此極具便捷性。另外，此平臺(tái)將仿真器與目標(biāo)有效結(jié)合而極具效益。

2.3 實(shí)踐流程的設(shè)計(jì)

在對(duì)有效信息進(jìn)行整合后發(fā)現(xiàn)，實(shí)踐的環(huán)節(jié)分為三個(gè)部分即實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)部分按課時(shí)計(jì)算有18個(gè)，課程設(shè)計(jì)按天數(shù)計(jì)算為兩周。在試驗(yàn)中，要求學(xué)生學(xué)習(xí)要點(diǎn)中必須具備：計(jì)算機(jī)的組成、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、單片機(jī)原理的運(yùn)用、微機(jī)原理與匯編語言程序，并將重點(diǎn)定為對(duì)指定ARM系統(tǒng)的編繪，克服嵌入式系統(tǒng)中的各種操作難點(diǎn)。在對(duì)老師選擇上，采取試驗(yàn)課老師與教學(xué)課老師交替擔(dān)任的模式，最大限度地實(shí)現(xiàn)教學(xué)與實(shí)踐的同步性；在課程設(shè)計(jì)上，要求學(xué)生有效將理論應(yīng)用于實(shí)際，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的要求下，促使具體任務(wù)的完成。通過對(duì)以往開發(fā)板例程中經(jīng)驗(yàn)的整合，結(jié)合當(dāng)今的開發(fā)環(huán)境，分6個(gè)部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如下表（表1）所示：

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)的程序的龐大性，增加了學(xué)生在特定的課時(shí)內(nèi)進(jìn)行透徹掌握的難度。據(jù)此，在試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)工程模板進(jìn)行合理的調(diào)整，提醒學(xué)生修改編寫關(guān)鍵代碼并保持設(shè)置的合理性，有序進(jìn)行試驗(yàn)并設(shè)計(jì)分值，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)操作分進(jìn)行定量選擇。另外，增加學(xué)生對(duì)Source Insight和BeyondCompare兩個(gè)程序的認(rèn)識(shí)并能有效將其運(yùn)用到文本與軟件中，進(jìn)一步促使編程效率的提高。整個(gè)試驗(yàn)由兩個(gè)部分組成即實(shí)際操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其中，操作占60% ，報(bào)告占40%。具體的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成操作系統(tǒng)的移植，有效管理多個(gè)系統(tǒng)任務(wù)并進(jìn)行任務(wù)調(diào)用?！扒度胧较到y(tǒng)”實(shí)踐教學(xué)根據(jù)醫(yī)生試驗(yàn)流程運(yùn)行了兩屆，學(xué)生的接受程度有了明顯的提高。但是由于其處于發(fā)展的初步階段，在教學(xué)的實(shí)踐與結(jié)構(gòu)上仍需進(jìn)行持續(xù)的改進(jìn)。

3 總結(jié)

綜上所述，通過對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)后表明，“嵌入式系統(tǒng)”課程是電子信息工程專業(yè)課程經(jīng)過不斷改革后的最具可行性的課程體系，其教學(xué)的需求適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展、知識(shí)的體系利于學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的吸收、內(nèi)容模板更具組合的高效性，因此，“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)在電子信息工程專業(yè)中有巨大的研究?jī)r(jià)值。另外，“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)在形成中所存在的弊端，有望于教育者在實(shí)踐中進(jìn)行不斷總結(jié)與改進(jìn)以促使其動(dòng)態(tài)體系的形成，爭(zhēng)取讓電子信息工程專業(yè)的學(xué)生能用最快的方式、最好的方式去掌握最深層的、最全面的專業(yè)知識(shí)。

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